DE3544152C1 - Vorrichtung zur rberwachung des Endenausfalls von Cigaretten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Enden­ ausfalls von Cigaretten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ange­ gebenen Gattung.

Cigaretten mit nicht ausreichend mit Tabak gefüllten Enden sollten bei der Cigarettenproduktion selbsttätig erfaßt und ausgesondert werden, da bei der Entnahme dieser Cigaretten aus einer Schachtel Tabakteilchen aus den Enden herausfallen, der sogenannte "Endenaus­ fall", und dem Raucher dieser Qualitätsmangel sofort negativ auf­ fällt. Insbesondere soll der Herstellungsvorgang so durchgeführt werden, daß die Enden der fertigen Cigaretten ausreichend und blei­ bend mit Tabak gefüllt sind.

Es sind bereits Prüfverfahren bekannt, bei denen mechanische Tast­ stifte gegen die einzelnen Cigarettenenden gedrückt und aus der Größe der Eindringtiefe auf eine ausreichende Füllung der Ciga­ rettenenden geschlossen werden kann (vgl. z. B. DE-AS 12 57 651). Die damit verbundene mechanische Beeinflussung der Cigarettenenden durch die Messung ist jedoch unerwünscht.

Weiterhin geht aus der DE-PS 23 43 668 eine kapazitive Meßanord­ nung mit mindestens zwei mit einer Hochfrequenzspannungsquelle verbundenen Elektroden hervor; die Lage der Elektroden zu den Cigarettenenden ist so gewählt, daß im Meßzeitpunkt ein von ihnen ausgehendes hochfrequentes Feld jeweils die einzelnen Ciga­ rettenenden durchsetzt.

Weiterhin ist es bekannt, aus der Intensität eines vom Ende der Ciga­ rette reflektierten Lichtstrahls nicht vollständig gefüllte Ciga­ rettenenden zu erkennen, siehe DE-OS 28 13 866, DE-OS 22 36 218 und DE-OS 31 46 507. Eine Kombination aus optischer/mechanischer Meßvorrichtung zeigt die DE-OS 20 60 887, wonach die Cigaretten­ enden seitlich mittels komprimierter Luft zusammengedrückt werden, wobei das Ausmaß des Zusammendrückens mittels eines Lichtstrahls überwacht wird.

Die vorstehend erwähnten und im Verlauf der kontinuierlichen Ciga­ rettenherstellung durchgeführten Prüfverfahren weisen sämtlich den Nachteil auf, daß sie lediglich eine Aussage über den Füllzu­ stand des jeweiligen Cigarettenendes zu einem bestimmten Zeit­ punkt, jedoch nicht über den Verlust an Tabakmasse infolge einer definierten mechanischen Beanspruchung der Cigaretten liefern.

Eine Vorrichtung, die dies ermöglicht, jedoch nur chargenweise im Labormeßstab betrieben wird, ist dem Fachmann mit dem "Endentestgerät" von der Firma Heinrich Borgwaldt, Hamburg bekannt. Hier­ bei wird eine bestimmte Zahl von Cigaretten, bspw. gleichzeitig 50 Cigaretten, in einem ovalen Behälter, dessen Wände aus Rund­ stäben bestehen, einer Roll- und Fallbewegung ausgesetzt. Während einer vorgegebenen Zeitspanne bzw. Anzahl von Umdrehungen werden die aus den Cigarettenenden herausfallenden Tabakteilchen aufge­ fangen.

Nach der vorgegebenen Zeitspanne, bspw. nach drei Minuten, werden die aufgefangenen Tabakteilchen gewogen, so daß der durchschnitt­ liche Endenausfall für eine vorgegebene Zahl von Cigaretten ange­ geben werden kann.

Der Vorteil dieses Laborverfahrens liegt in der relativ hohen Aussagegenauigkeit; nachteilig ist jedoch, daß es nur für Stichpro­ ben angewendet werden kann, d. h., die kontinuierliche Überwachung aller bei der Cigarettenproduktion anfallenden Cigaretten ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung des durchschnittlichen Endenausfalls von Cigaret­ ten der angegebenen Gattung zu schaffen, welche, ohne den Förder­ strom der fertigen Cigaretten zu stören, unmittelbar der Cigaretten­ herstellungseinrichtung zugeordnet werden kann.

Dabei soll das Meßergebnis möglichst gut mit den Ergebnissen des Endentestgerätes der Firma Borgwaldt korrelieren, das sich in den Labors der Cigarettenindustrie weitgehend durchgesetzt hat.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unter­ ansprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Im Verlaufe der Cigarettenherstellungseinrichtung wird unterhalb einer geeigneten Förderstrecke, bei deren Durchlauf sich die Cigaretten um ihre Längsachse drehen, ein Massenaufnehmer für die aus den Enden der Cigaretten herabfallenden Tabakteilchen angeordnet. Als besonders geeignet hat sich die Förderstrecke zwischen der Filteransetzmaschine und einer sich anschließenden Sichtstrecke herausgestellt; denn die Masse des dort anfallenden Endenausfalls, bezogen auf 20 000 Cigaretten, hat in etwa die gleiche Größenanordnung wie die beim Labortestgerät für 200 Ciga­ retten anfallende Masse. Das Anbringen der erforderlichen, trich­ terförmigen Auffangeinrichtung für den Endenausfall ist dort mög­ lich, ohne daß größere Veränderungen am bestehenden Aufbau der Cigarettenherstellungseinrichtung vorgenommen werden müssen. Und schließlich befindet sich unterhalb dieser Förderstrecke ausrei­ chend Raum für die Installation des Massenaufnehmers.

An den Massenaufnehmer ist eine Auswerteinrichtung angeschlossen, die aus der Masse der aufgefangenen Tabakteilchen einerseits und der Zahl der die Filteransetzmaschine verlassenden Cigaretten andererseits, vorgegeben durch die Produktionsgeschwindigkeit der Maschine, den durchschnittlichen Endenausfall, bezogen auf eine definierte Zahl von Cigaretten, ermittelt.

Vergleichsversuche haben gezeigt, daß sich eine sehr gute Korre­ lation mit den Ergebnissen des bisher im Labor üblichen, nur Stich­ proben erfassenden Endentestgerätes ergibt.

Die Auswerteinrichtung einschließlich der zugehörigen Anzeigeein­ heit kann in die Filteransetzmaschine integriert oder auf die Filteransetzmaschine gestellt werden.

Durch entsprechende Eichung der Auswerteinrichtung läßt sich der angezeigte Meßwert auf die bisher üblichen Endentestgerätes kali­ bieren.

Die im Handel erhältlichen Massenaufnehmer sind für die Erfassung der Masse der herabfallenden Tabakteilchen nicht geeignet, und zwar insbesondere wegen ihrer extremen Empfindlichkeit gegenüber horizontal wirkenden Vibrationen und Kräften, wie sie im Bereich der Cigarettenherstellungseinrichtungen zwangsläufig auftreten.

Aus diesem Grunde wird eine Spezialkonstruktion verwendet, bei der die Auffangschale für die herabfallenden Tabakteilchen von einem vertikalen Stößel getragen wird, welcher durch zwei Kreuz­ federführungen gehalten und damit weitgehend unempfindlich gegen­ über horizontal wirkenden Vibrationen und Kräften ist.

Eine Differential-Lichtschranke erfaßt die Lageänderungen des Stößels in vertikaler Richtung; das Lichtschranken-Differenzsignal wird auf einen elektronischen Regelkreis in der Auswerteinrichtung gegeben, dessen Ausgangssignal entsprechend der Lageänderung des Stößels eine Veränderung des Spulenstromes und damit eine Magnet­ feldänderung einer elektromagnetischen Rückführungseinrichtung für den Stößel bewirkt.

Die elektromagnetische Rückführungseinrichtung besteht im wesent­ lichen aus einem am unteren Ende des Stößels angeordneten Spulen­ körper mit Spule, der in ein Ringkern-Magnetsystem eintaucht.

Fallen Tabakteilchen aus den Enden der Cigarette auf die Auffang­ schale des Massenaufnehmers, so verschiebt sich der Stößel ver­ tikal nach unten. Die damit verbundene Lageänderung des Stößels wird von der Differential-Lichtschranke erfaßt, so daß dem Regel­ kreis der elektromagnetischen Rückführungseinrichtung ein entspre­ chendes Ist-Signal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Regel­ kreises wirkt auf eine elektronische Schaltung, die wiederum den Strom in der Spule am Ende des Stößels erhöht; durch die damit verbundene Erhöhung der magnetischen Feldstärke wird der Stößel wieder in seine Ursprungslage nach oben verschoben.

Der dazu erforderliche Strom in der Spule wird gemessen und ist proportional zu der Kraft, die die herabfallenden Tabakteilchen auf die Auffangschale ausüben.

Dieser Massenaufnehmer ist nicht nur gegen horizontale Kräfte und Erschütterungen, sondern auch gegen vertikale Stöße und Vibra­ tionen relativ unempfindlich, da es hier elektronische Kompensa­ tionsmöglichkeiten gibt, insbesondere eine Signaldämpfung beim Regelkreis; außerdem können auch die digitale Filtertechniken eingesetzt werden, um die gegebenenfalls durch vertikale Stöße und Vibrationen hervorgerufenen Schwankungen der Meßsignale zu unterdrücken.

Da die räumliche Trennung von Massenaufnehmer und Auswerteinrich­ tung problemlos möglich ist, läßt sich die relativ viel Raum ein­ nehmende Auswerteinrichtung dort aufstellen, wo sie die Produktion nicht behindert.

Durch die unmittelbare Zuordnung dieser Prüfvorrichtung zur Ci­ garettenherstellungseinrichtung können alle bei der Produktion anfallenden Cigaretten überwacht werden, d. h. etwaige systemati­ sche Fehler bei der Herstellung wie z. B. Änderung der Tabakquali­ tät oder Maschineneinstellung lassen sich sofort erkennen, so daß umgehend Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung einer Überwachungsvorrichtung für den Endenausfall von Cigaretten an einer Filteransetzma­ schine,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Massenaufnehmer dieser Überwachungsvorrichtung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine der beiden Federhalte­ platten, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine der beiden Kreuzfederfüh­ rungen.

Fig. 1 zeigt eine Schemadarstellung einer handelsüblichen Filter­ ansetzmaschine 10. Wichtig ist nur, daß sich an diese Filteransetz­ maschine 10 eine durch ein Förderband gebildete Förder- bzw. Übergangsstrecke 12 zu einer Sichtstrecke anschließt. Auf dieser Übergangsstrecke 12 rollen die Cigaretten 14 ab, d. h. sie drehen sich um ihre Längsachse. Die einzelnen Cigaretten 14 sind so ange­ ordnet, daß ihre Enden etwas über die Auflagefläche der Übergangs­ strecke 12 hinaus vorstehen, so daß Tabakteilchen, die sich aus den Enden der Cigarette 14 lösen, frei nach unten durch einen Trichter 16 auf eine Auffangschale 18 fallen. Die Tabakteilchen, die sich auf der Auffangschale 18 angesammelt haben, sind in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 20 angedeutet.

Die Auffangschale 18 wird von einem senkrechten Stößel 22 getra­ gen, d. h. sie sitzt auf dem oberen Ende des Stößels 22, der einen Teil eines Massenaufnehmers 24 bildet.

Der Massenaufnehmer 24 ist mit einer Auswerteinrichtung 26 ver­ bunden, die aus dem vorliegenden Meßwert, gegebenenfalls nach Kalibrierung und Anpassung an bestimmte Betriebsbedingungen, ein Meßsignal erzeugt und auf einer Anzeigeeinrichtung 28 darstellt.

Der Aufbau des Massenaufnehmers 24 ist aus Fig. 2 zu erkennen. Er weist ein aus mehreren Einzelteilen zusammengesetztes Gehäuse 30 auf, in dem der Stößel 22 in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert ist.

Die Auffangschale 18 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit dem oberen Ende des Stößels 22 verbunden und weist außerdem noch einen ringförmigen, nach unten vorstehenden Schalenträger 32 auf, der frei beweglich in einem Ringspalt am oberen Ende des Gehäuses 30 geführt ist; wird die auf der Auffangschale 18 liegende Tabak­ masse 20 zu groß, so setzt der Schalenträger 32 auf dem Boden des Ringspaltes auf, wodurch eine Beschädigung des empfindlichen Stößels 22 bzw. der noch zu erläuternden elektromagnetischen Kom­ ponenten vermieden wird.

Die Lagerung des Stößels 22 erfolgt durch zwei in horizontaler Richtung angeordnete Blattfederanordnungen, die jeweils eine Feder­ halteplatte 34 und eine ebenfalls plattenförmige Kreuzfederfüh­ rung 36 aufweisen.

Jede Federhalteplatte 34 hat die Form eines Ringes 34 a mit vier nach innen vorstehenden, nach innen etwas konisch zulaufenden Lappen 34 b. Die Federhalteplatten 34 sind durch Schrauben 37 an zugehörigen Schultern 38 des Gehäuses 30 befestigt. Wie man insbe­ sondere in Fig. 3 erkennt, befinden sich die dazugehörigen Schrau­ benlöcher 40 in den Federhalteplatten 34 in den radial äußeren Bereichen der Lappen 34 b, also fast im Kreisring 34 a. Weitere Schraubenlöcher 41 befinden sich in den radial inneren Enden der Lappen 34 b.

Die beiden Kreuzfederführungen 36 haben, wie der Name schon sagt, etwa Kreuzform und weisen symmetrisch in gleichen Winkeln wie die Lappen 34 b angeordnete, kreisförmige Vorsprünge 42 mit Schrau­ benlöchern 44 auf, die den Lagen der Schraubenlöcher 41 in den Federhalteplatten 34 entsprechen. Schrauben 46 erstrecken sich durch die Schraubenlöcher 41 und 44 und verbinden damit Kreuzfe­ derführung 36 und Federhalteplatte 34 miteinander.

Die kreisförmigen Vorsprünge 42 der Kreuzfederführungen 36 tragen, wie aus Fig. 4 ersichtlich, ein "äußeres Kreuz", das nur über die Enden der vier Schenkel des äußeren Kreuzes mit einem inneren Kreuz verbunden ist, d. h. das innere Kreuz kann sich in bezug auf das äußere Kreuz relativ frei bewegen. Der Spalt zwischen diesen beiden Kreuzen ist aus Fig. 4 ebenfalls zu erkennen.

In der Mitte des inneren Kreuzes befindet sich eine kreisförmige Öffnung 47 für die Aufnahme des Stößels 22, wobei die Ränder die­ ser Öffnung 47 in einem Ringspalt des Stößels 22 aufgenommen wer­ den.

Etwa in der Mitte zwischen den beiden zur Lagerung des Stößels 22 dienenden Kreuzfederführungen 36 weist der Stößel 22 eine in horizontaler Richtung verlaufende, durchgehende Öffnung 48 auf. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 auf der rechten Seite dieser Öff­ nung befindet sich ein lichtemittierendes Element 50, insbesondere eine lichtemittierende Diode LED, während auf der linken Seite der Öffnung 48 ein lichtempfindliches Element 52, insbesondere eine Differentialphotodiode, angeordnet ist. Die Differentialphoto­ diode 52 besteht aus zwei, in diesem Fall übereinander angeordne­ ten, lichtempfindlichen Flächen.

An seinem unteren Ende trägt der Stößel 22 eine scheibenförmige Platte 54, von deren Rand nach unten ein Spulenkörper 58 mit einer gewickelten Spule 60 in eine ringförmige Feldverstärkungsplatte 56 vorsteht.

Bei einer vertikalen Verschiebung des Stößels 22 nach unten taucht die Spule 60 in einen Ringmagnet 62 ein.

Im folgenden soll die Funktionsweise der Überwachungsvorrichtung erläutert werden.

Bei der Produktion fallen Tabakteilchen aus den Enden der Cigaret­ ten 14 kontinuierlich über den Trichter 16 auf die Auffangschale 18, so daß sich bspw. bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 6000 Cigaretten pro Minute dort innerhalb einer Stunde etwa 20 bis 60 g Tabakteilchen 20 ansammeln.

Mit dem Massenaufnehmer 24 wird das Absolutgewicht dieser Tabak­ masse 20 und damit auch, bezogen auf die Zeiteinheit, der Gewichts­ gradient erfaßt.

Die durch die LED 50 und die zwei Photodioden 52 gebildete Diffe­ rential-Lichtschranke 50, 52 erfaßt die durch die Tabakmasse 20 kurzfristig hervorgerufene Lageänderung des Stößels 22 in vertika­ ler Richtung und gibt ein entsprechendes Differenzsignal ab, wenn sich das Lichtsignal in einer der photoempfindlichen Flächen ab­ schwächt, sich also der Stößel 22 und damit die Auffangschale 18 nicht mehr in der Sollage befinden. Dieses Differenzsignal der Lichtschranke 50, 52 wird einem elektronischem Regelkreis in der Auswerteinrichtung 26 zugeführt, dessen Ausgangssignal eine Änderung des an die Spule 60 angelegten Stromes und damit eine Änderung des Magnetfeldes der von dem ringförmigen Perma­ nentmagneten 62 und der Spule 60 gebildeten elektromagnetischen Rückführungseinrichtung bewirkt.

Der Strom in der Spule 60 wird erhöht, bis der Stößel 22 durch die damit verbundene Erhöhung der magnetischen Feldstärke wieder in seine Sollage nach oben gebracht worden ist. Stellt die Licht­ schranke 50, 52 wieder die Sollage fest, so wird der zugehörige Spulenstrom gemessen; er ist in weitem Bereich proportional zu der Kraft, die auf die Auffangschale 18 wirkt, also proportional zur Masse der Tabakteilchen 20.

Das analoge Signal für den Spulenstrom und somit für das Tabak­ gewicht wird über einen Analog/Digital-Wandler digitalisiert und mit dem Cigarettentakt verrechnet; bei diesem "Cigarettentakt" handelt es sich um ein Taktsignal für die während des Überwachungs­ zeitraumes produzierte Zahl von Cigaretten 14.

In der Auswerteinrichtung 26 werden die Meßwerte aufbereitet und durch frei wählbare Voreinstellungen korrigiert. Auf der digitalen Anzeigeeinrichtung 28 wird der Meßwert, also der durchschnittliche Endenausfall der vorgegebenen Zahl von Cigaretten, angezeigt.

Die Auswerteinrichtung 26 kann entweder in die Filteransatzmaschi­ ne 10 integriert oder auf die Maschine gestellt werden.

Um einen Vergleich mit der herkömmlichen Labormeßmethode für den Endenausfall zu erreichen, wird das Meßsignal des Massenaufnehmers 24 in Abhängigkeit von der Zahl der produzierten Cigaretten ausgewer­ tet; es wird bspw. nach 5000 produzierten Cigaretten der Meßwert abgelesen und dann auf eine einstellbare Zahl von Cigaretten umge­ rechnet. Als Meßwert erhält man dann das Tabakgewicht in g, bspw. pro 1000 Cigaretten, wobei die Zahl der Cigaretten frei gewählt werden kann, bzw. bei der Kalibrierung des Meßwertes auf die Be­ zugs-Meßmethode berücksichtigt werden muß. Die Dauer einer einzel­ nen Überwachungsperiode hängt ab von der Produktionsgeschwindig­ keit, der Menge des Tabakendenausfalls und der gewünschten Meß­ wertauflösungsgenauigkeit.

Der so berechnete und kalibrierte Meßwert wird auf der Anzeige­ einrichtung 28 digital dargestellt; man erhält also den Zahlen­ wert, den man auch bei dem bisher üblichen Labormeßsystem bekommen würde. Es besteht auch die Möglichkeit, über eine gleitende Mittel­ wertberechnung eine quasikontinuierliche Anzeige des Gewicht­ gradientens zu erhalten.

Zusätzlich kann auf der Anzeigeeinrichtung 28 der Grenzwert für das Einschalten einer Abblas- oder Absaugeinrichtung angezeigt werden, welche nach Ablauf der jeweiligen Überwachungsperiode die Tabakteilchen 20 von der Auffangschale 18 entfernt.

Hierzu kann eine an eine Druckluftquelle angeschlossene Düse 65 dienen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Überwachung des durchschnittlichen Endenaus­ falls von Cigaretten

• a) mit einer Einrichtung zum Abrollen einer definierten Anzahl von Cigaretten auf einer Unterlage, und
• b) mit einer Einrichtung zur Erfassung der Gesamtmasse der während einer vorgegebenen Zeitspanne bei der Rollbewegung aus den Cigaretten fallenden Tabakteilchen,

dadurch gekennzeichnet, daß

• c) im Verlaufe der Cigarettenherstellungseinrichtung unter einer Förderstrecke (12), längs der sich die fertigen Cigaretten (14) während ihrer queraxialen Förderbewegung um ihre Längsachse drehen, ein Massenaufnehmer (24) für die herabfallenden Tabak­ teilchen (20) angeordnet ist, und daß
• d) eine Auswerteinrichtung (26) aus der von dem Massenaufnehmer (24) ermittelten Menge der Tabakteilchen (20) einerseits und der Zahl der Cigaretten (14), welche die Förderstrecke (12) durchlaufen haben andererseits den durchschnittlichen Endenaus­ fall ermittelt.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Massenaufnehmer (24) unter der von einer Filteran­ setzmaschine (10) zu einer Sichtstrecke führenden Förderstrecke (12) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Massenaufnehmer (24) eine Auffangschale (18) aufweist, die von einem in vertikaler Richtung beweglich gelager­ ten Stößel (22) getragen ist, und daß die Masse der herabfallenden Tabakteilchen (20) aus der Verschiebung des Stößels (22) ermittelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (22) durch zwei Kreuzfederführungen (36) mit zugehörigen Federhalteplatten (34) vertikal beweglich gelagert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Einrichtung (48, 50, 52) zur Feststellung der vertikalen Lage des Stößels (22) vorgesehen ist und daß am unteren Ende des Stößels (22) eine stromdurchflossene Spule (60) angeord­ net ist, die in einen Magneten (62 ) eintaucht, und daß der Stößel (22) durch von der Einrichtung (48, 50, 52) gesteuerte Änderung des Spulenstroms in seine Soll-Lage bringbar ist, in der der Spu­ lenstrom ein Maß für die Masse der angesammelten Tabakteilchen (20) darstellt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der vertikalen Lage des Stößels (22) dieser eine in horizontaler Richtung verlaufende Öffnung (48) aufweist, und daß, jeweils mit der Öffnung (48) ausgerichtet, auf einer Seite des Stößels (22) ein lichtemittierendes Element (50) und auf der gegenüberliegenden Seite ein lichtempfindliches Element (52) ange­ ordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element (52) eine Differentialphotodiode ist.